DE102007025407A1

DE102007025407A1 - Reibungsgeführter Radialfreilauf

Info

Publication number: DE102007025407A1
Application number: DE102007025407A
Authority: DE
Inventors: Jeffrey Copley Hemphill; Philip Wooster George; Jim Wooster Habegger
Original assignee: LuK Lamellen und Kupplungsbau Beteiligungs KG; LuK Lamellen und Kupplungsbau GmbH
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2006-06-13
Filing date: 2007-05-31
Publication date: 2007-12-20
Also published as: US20070284210A1; US7757829B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung beinhaltet im Allgemeinen einen Radialfreilauf für eine Kraftfahrzeugvorrichtung, wobei der Freilauf Folgendes umfasst: ein erstes ringförmiges Element; ein zweites ringförmiges Element, das eine drehfeste Verbindung mit einem Drehmomentübertragungselement in der Vorrichtung eingehen kann; mindestens ein Einrückelement, das radial zwischen dem ersten und dem zweiten ringförmigen Element angeordnet ist und mindestens ein erstes Rastmerkmal aufweist; und ein ringförmiges Reibungselement, das durch Reibung mit dem Einrückelement gekoppelt ist. Von dem ersten und zweiten ringförmigen Element beinhaltet mindestens eines ein zweites Rastmerkmal und ist drehfest mit dem Reibungselement verriegelt. Durch die Reibungswirkung in einer ersten Drehrichtung wird das Einrückelement radial so versetzt, dass die Rastmerkmale ineinander greifen und das erste und das zweite ringförmige Element drehfest miteinander verbinden. Durch die Reibungswirkung in einer zweiten Drehrichtung wird das Einrückelement radial so versetzt, dass sich das erste und das zweite ringförmige Element unabhängig voneinander drehen.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft Verbesserungen an einer Vorrichtung zur Kraftübertragung zwischen einer rotatorischen Antriebseinheit (zum Beispiel dem Motor eines Motorfahrzeugs) und einer rotatorisch angetriebenen Einheit (zum Beispiel dem Automatikgetriebe im Motorfahrzeug). Insbesondere betrifft die Erfindung einen Radialfreilauf. Ganz speziell betrifft die Erfindung einen Radialfreilauf für einen Stator in einem Drehmomentwandler unter Verwendung von Reibung zur Führung des Kupplungsprozesses.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1 veranschaulicht in einem allgemeinen Blockschaubild die Beziehung zwischen dem Motor 7, dem Drehmomentwandler 10, dem Getriebe 8 und der Differenzial/Achsbaugruppe 9 in einem typischen Fahrzeug. Ein Drehmomentwandler wird bekanntlich zur Übertragung eines Drehmoments von einem Motor zu einem Getriebe eines Motorfahrzeugs verwendet.
Die drei Hauptkomponenten des Drehmomentwandlers sind die Pumpe 37, die Turbine 38 und der Stator 39. Wenn die Pumpe an den Deckel 11 angeschweißt wird, wird der Drehmomentwandler zu einer abgeschlossenen Kammer. Der Deckel ist mit der Wandlermitnehmerscheibe 41 (flexplate) verbunden, die wiederum mit der Kurbelwelle 42 des Motors 7 verschraubt ist. Der Deckel kann unter Verwendung von Stegen oder Zapfen mit der Wandlermitnehmerscheibe verbunden sein, die an den Deckel angeschweißt sind. Die Schweißverbindung zwischen der Pumpe und dem Deckel überträgt das Motordrehmoment zur Pumpe. Deshalb dreht sich die Pumpe immer mit der Motordrehzahl. Die Funktion der Pumpe besteht darin, unter Verwendung dieser Drehbewegung die Flüssigkeit in radialer Richtung nach außen und in axialer Richtung zur Turbine zu befördern. Deshalb dient als Pumpe eine Kreiselpumpe, welche die Flüssigkeit von einem kleinen radialen Einlass zu einem großen radialen Auslass befördert und so die Energie der Flüssigkeit erhöht. Der Druck zum Einkuppeln der Getriebekupplungen und der Wandlerkupplung wird durch eine zusätzliche Pumpe im Getriebe erzeugt, die durch die Pumpennabe angetrieben wird.
Im Drehmomentwandler 10 wird durch die Pumpe (mitunter auch als Laufrad bezeichnet), die Turbine und den Stator (mitunter auch als Reaktor bezeichnet) ein Flüssigkeitskreislauf gebildet. Durch den Flüssigkeitskreislauf kann der Motor weiter laufen, wenn das Fahrzeug anhält, und das Fahrzeug wieder beschleunigen, wenn das durch einen Fahrer gewünscht wird. Ähnlich wie bei einer Getriebeuntersetzung unterstützt der Drehmomentwandler das Motordrehmoment durch ein Drehmomentverhältnis. Das Drehmomentverhältnis ist das Verhältnis von Abtriebsdrehmoment zu Antriebsdrehmoment. Das Drehmomentverhältnis ist am höchsten, wenn die Drehzahl der Turbine niedrig oder gleich null ist (auch als Abwürgen bezeichnet). Die Drehmomentverhältnisse beim Abwürgen liegen üblicherweise im Bereich von 1,8 bis 2,2. Das bedeutet, dass das Abtriebsdrehmoment des Drehmomentwandlers 1,8- bis 2,2-mal so groß ist wie das Antriebsdrehmoment. Die Abtriebsdrehzahl hingegen ist wesentlich niedriger als die Antriebsdrehzahl, da die Turbine mit der Abtriebsseite verbunden ist und sich nicht dreht, während die Antriebsseite mit der Motordrehzahl läuft.
Die Turbine 38 nutzt die mit der Flüssigkeit von der Pumpe 37 aufgenommene Energie zum Antreiben des Fahrzeugs. Das Turbinengehäuse 22 ist mit der Turbinennabe 19 verbunden. Die Turbinennabe 19 überträgt das Drehmoment der Turbine mittels einer Keilnutverbindung auf die Antriebswelle 43 des Getriebes. Die Antriebswelle ist über Zahnräder und Wellen im Getriebe 8 sowie ein Achsdifferenzial 9 mit den Rädern des Fahrzeugs verbunden. Die auf die Turbinenschaufeln einwirkende Kraft der Flüssigkeit wird von der Turbine in Form eines Drehmoments abgegeben. Axiale Drucklager 31 nehmen die durch die Flüssigkeit auf die Komponenten einwirkenden axialen Kräfte auf. Sobald das Abtriebsdrehmoment zur Überwindung der Trägheit des stehenden Fahrzeugs ausreicht, setzt sich das Fahrzeug in Bewegung.
Nachdem die Energie der Flüssigkeit durch die Turbine in ein Drehmoment umgesetzt wurde, enthält die Flüssigkeit noch restliche Energie. Die aus der kleinen radialen Auslassöffnung 44 austretende Flüssigkeit tritt normalerweise so in die Pumpe ein, dass sie der Drehung der Pumpe entgegenwirkt. Der Stator 39 dient zum Umlenken der Flüssigkeit, um zur Beschleunigung der Pumpe beizutragen und dadurch das Drehmomentverhältnis zu erhöhen. Der Stator 39 ist durch einen Freilauf 46 mit der Statorwelle 45 verbunden. Die Statorwelle ist mit dem Getriebegehäuse 47 verbunden und dreht sich nicht. Der Freilauf 46 verhindert, dass sich der Stator 39 bei niedrigen Drehzahlverhältnissen dreht (wenn sich die Pumpe schneller dreht als die Turbine). Die vom Turbinenauslass 44 in den Stator 39 eintretende Flüssigkeit wird durch die Statorschaufeln 48 umgelenkt, sodass sie in Drehrichtung in die Pumpe 37 eintritt.
Die Ein- und Austrittswinkel der Schaufeln, die Form des Pumpen- und des Turbinengehäuses sowie der Gesamtdurchmesser des Drehmomentwandlers beeinflussen dessen Leistungsparameter. Zu den Parametern für die Konstruktion gehören das Drehmomentverhältnis, der Wirkungsgrad und die Fähigkeit des Drehmomentwandlers, ein Motordrehmoment aufzunehmen, ohne dass der Motor „durchdrehen" kann. Dazu kommt es, wenn der Drehmomentwandler zu klein ist und die Pumpe den Motor nicht abbremsen kann.
Bei niedrigen Drehzahlverhältnissen arbeitet der Drehmomentwandler zufriedenstellend, indem er den Motor laufen lässt, während das Fahrzeug steht, und das Motordrehmoment zur Leistungssteigerung unterstützt. Bei hohen Drehzahlverhältnissen ist der Drehmomentwandler weniger wirksam. Indem sich die Drehzahl der Turbine an die Drehzahl der Pumpe angleicht, geht das Drehmomentverhältnis des Drehmomentwandlers von einem hohen Wert von ungefähr 1,8 bis 2,2 auf ein Drehmomentverhältnis von ungefähr eins zurück. Das Drehmomentverhältnis von eins wird als Kupplungspunkt bezeichnet. An diesem Punkt braucht die in den Stator eintretende Flüssigkeit nicht mehr umgelenkt zu werden, und der Freilauf im Stator lässt die Drehung in derselben Richtung wie die Pumpe und die Turbine zu. Da der Stator die Flüssigkeit nicht umlenkt, ist das vom Drehmomentwandler abgegebene Drehmoment gleich dem aufgenommenen Drehmoment. Der gesamte Flüssigkeitskreislauf dreht sich als eine Einheit.
Aufgrund von Verlusten in der Flüssigkeit liegt der maximale Wirkungsgrad des Drehmomentwandlers bei 92 bis 93 %. Deshalb wird zur mechanischen Verbindung der Antriebsseite mit der Abtriebsseite des Drehmomentwandlers eine Drehmomentwandlerkupplung 49 eingesetzt, die den Wirkungsgrad auf nahezu 100 % erhöht. Die Kupplungskolbenplatte 17 wird durch Befehle von der Getriebesteuerung hydraulisch betätigt. Die Kolbenplatte 17 ist an ihrem Innendurchmesser durch einen O-Ring 18 gegen die Turbinennabe 19 und an ihrem Außendurchmesser durch einen Ring 51 aus Reibungsmaterial gegen den Deckel 11 abgedichtet. Diese Dichtungen bilden eine Druckkammer und drücken die Kolbenplatte 17 gegen den Deckel 11. Diese mechanische Verbindung umgeht den Flüssigkeitskreislauf des Drehmomentwandlers.
Die mechanische Verbindung der Drehmomentwandlerkupplung 49 überträgt wesentlich mehr Torsionsschwankungen an den Antriebsstrang. Da der Antriebsstrang im Grunde ein Federn-Massen-System darstellt, können Torsionsschwankungen vom Motor Resonanzschwingungen des Systems anregen. Um die Resonanzschwingungen des Antriebsstrangs aus dem Fahrbereich zu entfernen, wird ein Dämpfer verwendet. Der Dämpfer beinhaltet in Reihe angeordnete Federn 15, um die wirksame Federkonstante des Systems und so die Resonanzfrequenz zu verringern.
Die Wandlerkupplung 49 umfasst im Allgemeinen vier Komponenten: eine Kolbenplatte 17, Deckplatten 12 und 16, Federn 15 und einen Flansch 13. Die Deckplatten 12 und 16 übertragen das Drehmoment von der Kolbenplatte 17 auf die Druckfedern 15. An der Deckplatte sind um die Federn 15 herum Nasen 52 gebildet, um die Federn in axialer Richtung zu haltern. Das Drehmoment wird über eine genietete Verbindung von der Kolbenplatte 17 auf die Deckplatten 12 und 16 übertragen. Die Deckplatten 12 und 16 lassen das Drehmoment durch den Kontakt mit einer Kante einer Aussparung für die Feder auf die Druckfedern 15 einwirken. Die beiden Deckplatten unterstützen gemeinsam die Feder auf beiden Seiten ihrer Mittelachse. Die Federkraft wird durch den Kontakt mit einer Kante der Aussparung für die Flanschfeder auf den Flansch 13 übertragen. Mitunter weist der Flansch auch eine drehfeste Zunge oder einen drehfesten Schlitz auf, der in einen Teil der Deckplatte eingreift, um während der Übertragung hoher Drehmomente ein zu starkes Zusammendrücken der Federn zu verhindern. Das Drehmoment wird vom Flansch 13 auf die Turbinennabe 19 und auf die Antriebswelle 43 des Getriebes übertragen.
Die Energie kann bei Bedarf durch Reibung, die mitunter auch als Hysterese bezeichnet wird, aufgenommen werden. Die Hysterese ergibt sich aus der Torsion und der Entspannung der Dämpfungsplatten und ist somit doppelt so groß wie das eigentliche Reibungsdrehmoment. Die Hysteresebaugruppe besteht im Allgemeinen aus einer Membranfeder (oder Bellevillefeder) 14 zwischen dem Flansch 13 und einer der Deckplatten 16, um den Flansch 13 gegen die andere Deckplatte 12 zu drücken. Durch die Steuerung der auf die Membranfeder 14 ausgeübten Kraft kann auch das Reibungsdrehmoment gesteuert werden. Typische Hysteresewerte liegen im Bereich von 10 bis 30 Nm.
Die Konstrukteure moderner Kraftfahrzeuge unterliegen ständig dem Zwang, die Größe von Drehmomentwandlern und insbesondere deren axialer Länge zu verringern. Desgleichen verlangt der sich verschärfende Wettbewerb auf dem Kraftfahrzeugmarkt bei jeder Gelegenheit nach Verringerung der Komplexität und der Kosten von Komponenten für Drehmomentwandler. Übertragungselemente in einem Freilauf müssen dem durch das rotierende Element der Kupplung zugeführten Drehmoment standhalten. Damit beispielsweise eine Kupplung mit einem rotierenden Bauteil und einem feststehenden Bauteil einem bestimmten Drehmoment standhält, muss die Fläche der Übertragungselemente, welche die rotierenden und die feststehenden Bauteile der Kupplung berührt, geeignet dimensioniert sein. Bekannt ist die Verwendung von Rollen- oder Freilaufkupplungen als Freilauf. Die Rollen sind axial ausgerichtet, und der relativ kleine Teil der in Kontakt mit den Laufringen der Kupplung befindlichen Rollen muss so ausgelegt sein, dass er die beim Betreiben der Kupplung, insbesondere im Überbrückungsmodus, auftretenden Kräfte aufnehmen kann. Um die auftretenden Kräfte aufnehmen zu können, muss die axiale Länge der Rollen leider relativ groß gewählt werden, wodurch die axiale Länge der Kupplung zunimmt. Ferner sind Rollen- und Freilaufkupplungen relativ komplex und beinhalten eine große Anzahl von Präzisionsbauelementen.
Somit besteht seit langem ein Bedarf an einem Freilauf für einen Stator in einem Drehmomentwandler mit einer verkürzten axialen Länge und unter Verwendung kostengünstigerer Komponenten und Prozesse.
KURZZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung umfasst im Allgemeinen einen Radialfreilauf für eine Kraftfahrzeugvorrichtung, der Folgendes umfasst: ein erstes ringförmiges Element; ein zweites ringförmiges Element, das drehfest mit einem Drehmomentübertragungselement in der Kraftfahrzeugvorrichtung verbunden ist; mindestens ein Einrückelement, das radial zwischen dem ersten und zweiten ringförmigen Element angeordnet ist und mindestens ein erstes Rastmerkmal aufweist; und ein ringförmiges Reibungselement, das durch Reibung mit dem mindestens einen Einrückelement verbunden ist. Das erste oder das zweite ringförmige Element beinhaltet mindestens ein zweites Rastmerkmal und ist drehfest mit dem ringförmigen Reibungselement verbunden. In einer ersten Drehrichtung ist das Reibungselement so angeordnet, dass es das mindestens eine Einrückelement radial so versetzt, dass dieses in das mindestens eine erste und zweite Rastmerkmal eingreift und so eine drehfeste Verbindung zwischen dem ersten und zweiten ringförmigen Element herstellt. In einer zweiten Drehrichtung ist das Reibungselement so angeordnet, dass es das mindestens eine Einrückelement radial so versetzt, dass sich das erste und das zweite ringförmige Element unabhängig voneinander drehen können.
Gemäß einigen Aspekten ist der Reibungskontakt so angeordnet, dass er das mindestens eine Einrückelement in der ersten Richtung radial nach innen und das mindestens eine Einrückelement in der zweiten Richtung radial nach außen drückt. Gemäß einigen Aspekten ist der Reibungskontakt so angeordnet, dass er das mindestens eine Einrückelement in der ersten Richtung radial nach außen und das mindestens eine Einrückelement in der zweiten Richtung radial nach innen drückt.
Gemäß einigen Aspekten ist das zweite Element so angeordnet, dass es ein Drehmoment in der ersten Richtung überträgt, und der Reibungskontakt ist so angeordnet, dass er zumindest einen Teil der Kraft verbraucht. Gemäß einigen Aspekten umfasst das mindestens Einrückelement einen Bereich, der so angeordnet ist, dass er in das erste oder das zweite ringförmige Element eingreift, und eine Umfangsdimension der Fläche ist größer als eine axiale Dimension der Fläche. Das zweite Rastmerkmal ist komplementär zum ersten Rastmerkmal gebildet. In der ersten Richtung sind das erste und das zweite Rastmerkmal so angeordnet, dass sie passend in das erste oder das zweite ringförmige Element und das mindestens eine Einrückelement eingreifen und diese drehfest verriegeln. In der zweiten Richtung besteht zu dem mindestens einen ersten und zweiten Rastmerkmal kein Kontakt.
Gemäß einigen Aspekten beinhaltet das erste Rastmerkmal einen radialen Vorsprung oder eine radiale Aussparung, und das zweite Rastmerkmal beinhaltet im Gegenzug eine entsprechende radiale Aussparung oder einen radialen Vorsprung. Gemäß einigen Aspekten beinhaltet die Vorrichtung eine zwischen dem mindestens einen ersten und zweiten Rastmerkmal befindliche Flüssigkeit, und das mindestens eine erste oder zweite Rastmerkmal ist so angeordnet, dass es die Flüssigkeit verdrängt. Ferner ist das zweite Element so angeordnet, dass es eine Kraft in der ersten Richtung überträgt, und die Verdrängung der Flüssigkeit erfolgt in der Weise, dass sie mindestens einen Teil der Kraft verbraucht. Gemäß einigen Aspekten beinhaltet die Kupplung eine erste und eine zweite Gegenscheibe, die radial auf entgegengesetzten Seiten des Einrückelements angebracht und so angeordnet sind, dass sie die Flüssigkeit zumindest zum Teil zwischen dem ersten und dem zweiten Rastmerkmal beinhalten.
Gemäß einigen Aspekten beinhaltet das erste oder das zweite ringförmige Element mindestens eine Umfangsfläche, die in der zweiten Richtung radial zum ersten Rastmerkmal hin geneigt verläuft. In der ersten Richtung bewirkt die Reibung, dass das mindestens eine Einrückelement über die Umfangsfläche gleitet, und die Umfangsfläche ist so angeordnet, dass sie das mindestens eine Einrückelement gegen das erste Rastmerkmal drückt.
Gemäß einigen Aspekten beinhaltet die Kupplung mindestens ein erstes mit dem mindestens einen Einrückelement verbundenes Vorspannungselement, welches das mindestens eine Einrückelement radial nach außen drückt. Gemäß einigen Aspekten ist das mindestens eine Einrückelement in der zweiten Richtung so angeordnet, dass es über die Umfangsfläche gleitet, um sich von den ersten Rastmerkmalen zu trennen. Gemäß einigen Aspekten ist das zweite Element so angeordnet, dass es Energie in der ersten Richtung überträgt, und das mindestens eine Rastmerkmal kann elastisch verformt werden, um zumindest einen Teil der Energie zu verbrauchen.
Gemäß einigen Aspekten ist das zweite Element so angeordnet, dass es Energie in der ersten Richtung überträgt, das mindestens eine Einrückelement beinhaltet ein erstes und ein zweites Einrückelement, die durch mindestens ein elastisch verformbares Element miteinander verbunden sind, und das mindestens eine elastisch verformbare Element ist so angeordnet, dass es zumindest einen Teil der Energie verbraucht. Gemäß einigen Aspekten beinhaltet die Kupplung ein ringförmiges elastisch verformbares Element, welches das erste und das zweite Einrückelement berührt und einen axialen Druck auf das erste und das zweite Einrückelement ausübt.
Gemäß einigen Aspekten ist das zweite Element so angeordnet, dass es eine Kraft in der ersten Richtung überträgt, und das zweite Element ist ferner so angeordnet, dass es die Kraft im Wesentlichen in einer Umfangsrichtung auf das mindestens eine Einrückelement überträgt. Gemäß einigen Aspekten ist das mindestens eine Einrückelement drehfest mit dem zweiten ringförmigen Element verbunden. Gemäß einigen Aspekten ist das erste ringförmige Element nicht drehbar oder drehbar.
Ferner umfasst die vorliegende Erfindung einen radialen Freilauf in einem Stator für einen Drehmomentwandler, wobei der Freilauf Folgendes beinhaltet: eine Nabe für den Stator, wobei die Nabe mindestens einen radialen Vorsprung beinhaltet; ein drehfest mit den Schaufeln des Stators verbundenes ringförmiges Element; ein drehfest mit der Nabe verbundenes ringförmiges Reibungselement; und mindestens ein radial zwischen der Nabe und dem ringförmigen Element angeordnetes elastisch verformbares Einrückelement, das drehfest mit dem ringförmigen Element und durch Reibung mit dem Reibungselement verbunden ist, mindestens einen radialen Vorsprung aufweist und in einer ersten radialen Richtung vorgespannt ist. In der ersten Drehrichtung wird das mindestens eine Einrückelement durch die Reibung radial nach innen gedrückt, sodass der mindestens eine radiale Vorsprung und die Aussparung ineinander greifen und die Nabe und das ringförmige Element drehfest miteinander verriegeln. In einer zweiten Drehrichtung wird das mindestens eine Einrückelement durch die Reibung radial nach außen gedrückt, sodass sich die Nabe und das ringförmige Element unabhängig voneinander drehen können.
Ferner umfasst die vorliegende Erfindung im Allgemeinen einen radialen Freilauf in einem Stator für einen Drehmomentwandler, wobei der Freilauf Folgendes beinhaltet: eine Nabe für den Stator, wobei die Nabe mindestens eine radiale Aussparung beinhaltet; ein drehfest mit den Schaufeln des Stator verbundenes ringförmiges Element mit mindestens einer Umfangfläche, die in einer ersten Drehrichtung radial nach innen geneigt verläuft; ein drehfest mit der Nabe verbundenes ringförmiges Reibungselement; mindestens ein Einrückelement mit mindestens einem radialen Vorsprung, wobei das mindestens eine Einrückelement radial zwischen der Nabe und dem ringförmigen Element angeordnet und durch Reibung mit dem Reibungselement verbunden ist; und mindestens ein Vorspannelement, welches das mindestens eine Einrückelement radial nach außen drückt. Das mindestens eine Einrückelement wird in der ersten Richtung durch die Reibung entlang der Umfangsfläche verschoben, und die Umfangsfläche ist so angeordnet, dass das mindestens eine Einrückelement radial nach innen gedrückt wird, sodass der mindestens eine radiale Vorsprung und die Aussparung ineinander greifen und die Nabe und das ringförmige Element drehfest miteinander verriegeln. In einer zweiten Drehrichtung wird das mindestens eine Einrückelement durch die Reibungswirkung entlang der Umfangsfläche verschoben, sodass das mindestens eine Einrückelement radial nach außen verschoben wird und sich die Nabe und das ringförmige Element unabhängig voneinander drehen können.
Ferner umfasst die vorliegende Erfindung im Allgemeinen einen radialen Freilauf für eine Kraftfahrzeugvorrichtung, wobei der Freilauf Folgendes beinhaltet: ein erstes ringförmiges Element; ein zweites ringförmiges Element, das für eine drehfeste Verbindung mit einem Drehmomentübertragungselement in der Kraftfahrzeugvorrichtung angeordnet ist; mindestens ein Einrückelement, das radial zwischen dem ersten und dem zweiten ringförmigen Element angeordnet ist und mindestens ein erstes Rastmerkmal aufweist; und ein durch Reibung mit dem mindestens einen Einrückelement verbundenes ringförmiges Reibungselement. Das erste oder das zweite ringförmige Element beinhaltet mindestens ein zweites Rastmerkmal und ist drehfest mit dem ringförmigen Reibungselement verbunden. In einer ersten Drehrichtung wird das mindestens eine Einrückelement durch die Reibungswirkung radial verschoben, sodass es drehfest mit dem ersten und dem zweiten ringförmigen Element verbunden wird, und das Drehmoment vom zweiten Element wirkt im Wesentlichen in einer Umfangsrichtung auf das mindestens eine Einrückelement ein. In einer zweiten Drehrichtung wird das mindestens eine Einrückelement durch die Reibungswirkung radial so versetzt, dass sich das erste und das zweite ringförmige Element unabhängig voneinander drehen können.
Eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen radialen Freilauf mit einer verringerten axialen Länge zur Verwendung in Kraftfahrzeugkomponenten bereitzustellen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen radialen Freilauf unter Verwendung gestanzter Komponenten zur Verwendung in Kraftfahrzeugkomponenten bereitzustellen.
Diese sowie weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsarten der Erfindung und aus den beiliegenden Zeichnungen und Ansprüchen klar.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Das Wesen und die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung werden nun in der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den beiliegenden Figuren ausführlicher beschrieben, wobei:
1 eine allgemeine Darstellung des Kraftflusses in einem Motorfahrzeug durch ein Blockschaubild ist, welches die Beziehung und die Funktion eines Drehmomentwandlers in dessen Antriebsstrang erläutert;
2 eine Querschnittsansicht eines Drehmomentwandlers nach dem Stand der Technik ist, der in Einbaulage an einem Motor eines Motorfahrzeugs dargestellt ist;
3 eine Ansicht des in 2 gezeigten Drehmomentwandlers von der linken Seite entlang der Linie 3-3 in 2 ist;
4 eine Querschnittsansicht des in den 2 und 3 gezeigten Drehmomentwandlers entlang der Schnittlinie 4-4 in 3 ist;
5 eine erste Ansicht des in 2 gezeigten Drehmomentwandlers in Explosionsdarstellung aus der Sicht eines Betrachters des Drehmomentwandlers in Explosionsdarstellung von der linken Seite ist;
6 eine zweite Ansicht des in 2 gezeigten Drehmomentwandlers in Explosionsdarstellung aus der Sicht eines Betrachters des Drehmomentwandlers in Explosionsdarstellung von der rechten Seite ist;
7A eine perspektivische Ansicht eines Zylinderkoordinatensystem ist, welche die in der vorliegenden Patentanmeldung gebrachten räumlichen Begriffe zeigt;
7B eine perspektivische Ansicht eines Objekts im Zylinderkoordinatensystem von 7A ist, welche die in der vorliegenden Patentanmeldung gebrachten räumlichen Begriffe zeigt;
8 eine Draufsicht auf einen radialen Freilauf gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Freilaufmodus ist;
9 eine Draufsicht auf einen radialen Freilauf gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Überbrückungsmodus ist; die 10 bis 14 jeweils Draufsichten auf Komponenten für den in den 8 und 9 gezeigten Freilauf sind;
15 eine Draufsicht auf einen radialen Freilauf gemäß der vorliegenden Erfindung in Explosionsdarstellung ist;
16 eine Draufsicht auf einen Querschnitt durch das Drehmomentübertragungselement des in 15 gezeigten radialen Freilaufs in einem Überbrückungsmodus ist;
17 eine Draufsicht auf einen Querschnitt durch das Drehmomentübertragungselement des in 15 gezeigten radialen Freilaufs in einem Freilaufmodus ist;
18 eine Draufsicht auf einen Querschnitt durch einen radialen Freilauf gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Stator für einen Drehmomentwandler ist;
19 eine Teilquerschnittsansicht des in 18 gezeigten Freilaufs entlang der Schnittlinie 19-19 in 18 ist;
20 eine Teilquerschnittsansicht des in 18 gezeigten Freilaufs entlang der Schnittlinie 20-20 in 18 ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Von vornherein sollte klar sein, dass gleiche Bezugsnummern in verschiedenen Zeichnungsansichten identische oder funktionell ähnliche Strukturelemente der Erfindung bezeichnen. Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezug auf die gegenwärtig als bevorzugt angesehenen Aspekte beschrieben wird, sollte klar sein, dass die beanspruchte Erfindung nicht auf die beschriebenen Aspekte beschränkt ist.
Außerdem ist klar, dass diese Erfindung nicht auf die bestimmten beschriebenen Verfahren, Materialien und Modifikationen beschränkt ist und insofern natürlich variieren kann. Ferner ist klar, dass die hier gebrauchten Begriffe nur zur Beschreibung bestimmter Aspekte dienen und nicht als Einschränkung des Geltungsbereichs der vorliegenden Erfindung zu verstehen sind, der nur durch die angehängten Ansprüche eingeschränkt wird.
Sofern nicht anderweitig definiert, haben alle hier gebrauchten technischen und wissenschaftlichen Begriffe dieselbe Bedeutung, wie sie einem Fachmann geläufig ist, an den sich diese Erfindung richtet. Obwohl zum Durchführen oder Testen der Erfindung beliebige Verfahren, Einrichtungen oder Materialien verwendet werden können, die den hier beschriebenen ähnlich oder gleichwertig sind, werden im Folgenden die bevorzugten Verfahren, Einrichtungen und Materialien beschrieben.
7A ist eine perspektivische Ansicht eines Zylinderkoordinatensystems 80, das die in der vorliegenden Anmeldung verwendete räumliche Bezeichnungsweise darstellt. Die vorliegende Erfindung wird zumindest teilweise in Verbindung mit einem Zylinderkoordinatensystem beschrieben. Das System 80 weist eine Längsachse 81 auf, die als Bezug für die folgenden Richtungs- und räumlichen Begriffe dient. Die Attribute „axial", „radial" und „Umfangs-" beziehen sich auf eine Ausrichtung parallel zur Achse 81, zum Radius 82 (der senkrecht zur Achse 81 ist) bzw. zum Umfang 83. Die Attribute „axial", „radial" und „Umfangs-" beziehen sich auf eine Ausrichtung parallel zu entsprechenden Flächen. Zur Erläuterung der Lage der verschiedenen Flächen dienen die Objekte 84, 85 und 86. Die Fläche 87 des Objekts 84 bildet eine axiale Ebene. Das heißt, die Achse 81 bildet eine Linie entlang der Fläche. Die Fläche 88 des Objekts 85 bildet eine radiale Ebene. Das heißt, der Radius 82 bildet eine Linie entlang der Fläche. Die Fläche 89 des Objekts 86 bildet eine Umfangsfläche. Das heißt, der Umfang 83 bildet eine Linie entlang der Fläche. Gemäß einem weiteren Beispiel verläuft eine axiale Bewegung oder Lage parallel zur Achse 81, eine radiale Bewegung oder Lage verläuft parallel zum Radius 82, und eine Umfangsbewegung oder -lage verläuft parallel zum Umfang 83. Eine Drehung erfolgt um die Achse 81.
Die Attribute „axial", „radial" und „Umfangs-" beziehen sich auf eine Ausrichtung parallel zur Achse 81, zum Radius 82 bzw. zum Umfang 83. Die Attribute „axial", „radial" und „Umfangs-" beziehen sich auf eine Ausrichtung parallel zu entsprechenden Flächen.
7B ist eine perspektivische Ansicht des Objekts 90 im Zylinderkoordinatensystem 80 von 7A, welche die in der vorliegenden Anmeldung gebrauchte räumliche Bezeichnungsweise darstellt. Das zylindrische Objekt 90 ist für ein zylindrisches Objekt in einem Zylinderkoordinatensystem repräsentativ und ist keineswegs als Einschränkung der vorliegenden Erfindung zu verstehen. Das Objekt 90 beinhaltet eine axiale Fläche 91, eine radiale Fläche 92 und eine Umfangsfläche 93. Die Fläche 91 ist Teil einer axialen Ebene, die Fläche 92 ist Teil einer radialen Ebene, und die Fläche 93 ist Teil einer Umfangsfläche.
8 ist in der vorliegenden Erfindung eine Draufsicht auf einen Radialfreilauf 100 in einem Freilaufmodus. Der Radialfreilauf 100 beinhaltet ringförmige Elemente 102 und 104 und ein ringförmiges Reibungselement 106. Gemäß einigen Aspekten ist das Element 102 drehfest angeordnet. Unter einer drehfesten Verbindung ist zu verstehen, dass die Nabe und die Welle so miteinander verbunden sind, dass sich die beiden Komponenten gemeinsam drehen, das heißt, die beiden Komponenten sind in Bezug auf die Drehung fest miteinander verbunden. Eine drehfeste Verbindung von zwei Komponenten schränkt nicht unbedingt die Relativbewegung in anderen Richtungen ein. Zum Beispiel können zwei drehfest miteinander verbundene Komponenten durch eine Keilnutverbindung eine axiale Bewegung gegeneinander ausführen. Es sollte jedoch klar sein, dass eine drehfeste Verbindung nicht unbedingt bedeutet, dass eine Bewegung in anderen Richtungen möglich ist. Zum Beispiel können zwei drehfest miteinander verbundene Komponenten axial fest miteinander verbunden sein. Die obige Erläuterung der drehfesten Verbindung kann auf die folgenden Erörterungen angewendet werden.
Gemäß einigen Aspekten ist das Element 102 drehbar angeordnet. Zum Beispiel ist das Element 102 eine (nicht gezeigte) Nabe, die drehfest mit einer drehbaren Welle verbunden ist. Gemäß einigen Aspekten ist das Element 102 als integraler Bestandteil zusammen mit einer Nabe gebildet. Zum Beispiel beinhaltet das Element 102 in 8 einen inneren Zahnkranz 107 zur Verbindung mit einer anderen Komponente, zum Beispiel mit einer (nicht gezeigten) Welle. In der folgenden Erörterung wird davon ausgegangen, dass das Element 102 drehfest verbunden ist.
Das Element 104 ist drehfest mit einer Drehmomentübertragungsbaugruppe oder – komponente verbunden. Gemäß einigen (nicht gezeigten) Aspekten wird der Freilauf 100 zum Beispiel in einem Stator für einen Drehmomentwandler verwendet, und das Element 104 ist drehfest mit den Schaufeln des Stators verbunden. Das Element 106 ist drehfest mit dem Element 102 verriegelt. Unter drehfest verriegelt ist zu verstehen, dass die beiden Komponenten eine synchrone Drehung ausführen und die beiden Komponenten in Bezug auf die Drehung aufeinander fixiert sind. Für eine drehfeste Verriegelung ist eine direkte Verbindung der Komponenten nicht erforderlich. Wenn zum Beispiel eine Komponente nicht drehbar gemacht wird, kann sich auch die andere Komponente nicht drehen. Gemäß einigen Aspekten ist das Element 106 direkt mit einer Welle verbunden. Gemäß einigen (nicht gezeigten) Aspekten ist das Element 106 drehfest mit einer Nabe oder einem Element 102 verbunden oder integraler Bestandteil des Elements 102.
Der Freilauf 100 beinhaltet auch mindestens ein radial zwischen den ringförmigen Elementen 102 und 104 angeordnetes Einrückelement 108. Im Allgemeinen ist das Reibungselement 106 drehfest mit einem der ringförmigen Elemente 102 oder 104 verbunden, das nicht mit dem Einrückelement 108 verbunden ist. Das Element 108 ist drehfest mit dem Element 104 verbunden, zum Beispiel, indem das Ende 110 in der Kerbe 112 angeordnet ist. Es sollte klar sein, das zur drehfesten Verbindung der Elemente 108 und 104 untereinander ein beliebiges in der Technik bekanntes Mittel verwendet werden kann. In der gezeigten Anordnung ist das Element 106 drehfest mit dem Element 102 verriegelt und deshalb drehfest befestigt oder nicht drehbar. Das Element 108 ist drehfest mit dem Element 104 verbunden und deshalb drehbar. Zwischen den Elementen 106 und 108 besteht ein Reibungskontakt. Gemäß einigen Aspekten besteht der Reibungskontakt zwischen einen relativ kleinen Teil des Elements 108 und des Elements 106, zum Beispiel am Punkt 114 am Innenumfang 116 des Element 108 und an der radialen Fläche 118 des Elements 106. Es sollte klar sein, dass der Reibungskontakt an anderen Punkten am Element 108 oder an mehreren Punkten am Element 108 bestehen kann. In der Drehrichtung 120, die einem Freilaufmodus des Freilaufs 100 entspricht, sind die ringförmigen Elemente 102 und 104 bezüglich ihrer Drehung unabhängig voneinander angeordnet. Insbesondere dreht sich das Element 104 in der Richtung 120, das Element 108 dreht sich in derselben Richtung, und durch den Reibungskontakt zwischen dem drehfesten Element 106 und dem rotierenden Element 108 wird das Element 108 radial versetzt. Bei denjenigen Aspekten, bei denen die beiden Elemente 102 und 104 drehbar sind, erzeugt das sich mit einer geringeren Drehzahl als das Element 104 drehende Element 102 eine Drehzahldifferenz, die den Reibungskontakt ermöglicht. Beispielsweise dreht sich das Element 108 gegenüber dem Element 106. In 8 ist das Element 108 radial nach außen versetzt. Zum Beispiel wird das Ende 122 so weit nach außen versetzt, bis es den Innenumfang 124 des Elements 104 berührt. Somit reicht der Reibungskontakt aus, das Element 108 in das Element 106 einzurücken und das Element 108 radial gegenüber dem Element 106 zu versetzen. Wenn das Element 108 an der Fläche 124 anliegt, kann sich das Element 104 frei drehen, ohne mit den Elementen 102 oder 106 gekoppelt zu werden. Das heißt, die Elemente 102 und 104 sind bezüglich ihrer Drehung unabhängig voneinander.
9 ist eine Draufsicht auf einen Radialfreilauf 100 gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Überbrückungsmodus. Die folgende Beschreibung ist in Verbindung mit den 8 und 9 zu sehen. In der Drehrichtung 128, die einem Überbrückungsmodus entspricht, ist das Einrückelement 108 drehfest mit den ringförmigen Elementen 102 und 104 verbunden. Beispielsweise dreht sich das Element 104 in der Richtung 128, das Element 108 dreht sich in derselben Richtung, und durch den Reibungskontakt zwischen den Elementen 106 und 108 wird das Element 108 radial versetzt. In 9 ist das Element 108 nach innen versetzt. Zum Beispiel wird das Ende 122 so weit nach innen versetzt, bis die Elemente 102 und 108 ineinander einrasten.
Damit die Elemente 102 und 108 ineinander einrasten können, beinhaltet das Element 102 Rastmerkmale 130, und das Element 108 beinhaltet Rastmerkmale 132. Die Merkmale 130 und 132 sind komplementär so gebildet, dass sie ineinander einrücken oder eingreifen. Gemäß einigen Aspekten bestehen die Merkmale 130 und 132 aus radialen Vorsprüngen und Aussparungen bzw. radialen Aussparungen und Vorsprüngen. Zum Beispiel ragt der Vorsprung 134 radial nach außen in das Element 108 hinein. Aufgrund der Symmetrie der Rastmerkmale können die Elemente 102 und 108 auch so aufgefasst werden, dass sie sowohl Vorsprünge als auch Aussparungen beinhalten. Das Reibungselement 106 ist mit demjenigen der Elemente 102 oder 104 drehfest verbunden, das Rastmerkmale beinhaltet.
Der Freilauf 100 ist so angeordnet, dass er die Energie, zum Beispiel die Geräusche, beim drehfesten Verriegeln der Elemente 102, 104 und 108 dämpft. Zum Beispiel verbraucht der Reibungskontakt zwischen den Elementen 106 und 108 einen Teil des durch das Element 104 übertragenen Drehmoments. Das heißt, ein Teil des Drehmoments wird zur Überwindung des Reibungskontakts benötigt. Gemäß einigen Aspekten dient als Element 108 ein elastisch verformbares Element, zum Beispiel eine Feder, und die Federspannung hemmt die Bewegung in der Rastrichtung. Wenn die Rastmerkmale beginnen, ineinander zu greifen, berührt der Teil 138 am Umfang 140 des Elements 108 das Element 104 nicht. Wenn vom Element 104 ein Drehmoment zum Element 102 übertragen wird, wird das Element 108 in der Richtung 120 verschoben, das Element 108 verbraucht einen Teil des Drehmoments vom Element 104 und dämpft den Teil 138, während dieser wie in 9 gezeigt in Kontakt mit dem Element 104 gelangt. Somit wird ein Teil des Drehmoments verbraucht, um die Vorspannung zu überwinden und das Element 108 zu versetzen. Im Allgemeinen weisen die Umfangsflächen 124 und 140 glatte Flächen auf.
Gemäß einigen (nicht gezeigten) Aspekten ist der Freilauf 100 in einer mit Flüssigkeit gefüllten Vorrichtung untergebracht, und die Flüssigkeit befindet sich zwischen den Rastmerkmalen im Freilaufmodus. Wenn im Überbrückungsmodus ein durch das Element 104 übertragenes Drehmoment die Rastmerkmale zusammenführt (so dass diese ineinander greifen), verdrängen die Vorsprünge die Flüssigkeit aus den Aussparungen. Durch den Verdrängungsvorgang wird vom Element 104 ein Teil des Drehmoments verbraucht. Gemäß einigen (nicht gezeigten) Aspekten ist der Freilauf in einer Vorrichtung wie beispielsweise einem Stator untergebracht, dessen Seitenbleche auf einander gegenüberliegenden radialen Seiten des Freilaufs angeordnet sind. Das heißt, die Seitenbleche schließen axial den Freilauf sandwichartig ein. Die Seitenbleche enthalten die Flüssigkeit zumindest teilweise zwischen den Rastmerkmalen. Die Seitenbleche behindern das Austreten der Flüssigkeit aus den Aussparungen und erhöhen dadurch die zum Verdrängen der Flüssigkeit benötigte Energiemenge (des vom Element 104 übertragenen Drehmoments).
Gemäß einigen (nicht gezeigten) Aspekten beinhaltet der Freilauf 100 mehr als ein Einrückelement. Zum Beispiel kann an der Kerbe 142 im Element 104 ein zweites Einrückelement drehfest befestigt sein. In diesem Fall wird die Länge der einzelnen Einrückelemente so verändert, dass diese sich überlappen können.
Die 10 bis 14 sind entsprechende Draufsichten auf Komponenten für den in den 8 und 9 gezeigten Freilauf 100. Gemäß einigen Aspekten ist das Andruckblech 144 hinter dem Element 104 angeordnet, und das Element 104 ist drehfest mit dem Blech 144 verbunden. Gemäß einigen Aspekten überträgt das Blech 144 das Drehmoment zum Element 104.
15 ist eine Draufsicht auf den Radialfreilauf 200 gemäß der vorliegenden Erfindung in Explosionsdarstellung. Der Radialfreilauf 200 beinhaltet ringförmige Elemente oder Scheiben 202 und 204 und ein ringförmiges Reibungselement oder eine Scheibe 206. Die Erörterung in den Beschreibungen der 8 und 9 bezüglich der Rotationsanordnungen des Elements 102 kann auf das Element 202 angewendet werden. Das heißt, gemäß einigen Aspekten ist das Element 202 eine Nabe, die drehfest mit einer nicht drehbaren Welle verbunden ist, und gemäß einigen Aspekten ist das Element 202 drehbar angeordnet.
Die Erörterung in den Beschreibungen der 8 und 9 bezüglich der Rotationsanordnungen des Elements 104 kann auf das Element 204 angewendet werden. Das heißt, gemäß einigen Aspekten ist das Element 104 drehfest mit einer Drehmomentübertragungsbaugruppe oder einem Drehmomentübertragungselement verbunden. Das Element 206 ist drehfest mit dem Element 202 verriegelt. Gemäß einigen Aspekten ist das Element 206 so angeordnet, dass es direkt mit einer Welle verbunden ist. Gemäß einigen (nicht gezeigten) Aspekten ist das Element 206 drehfest mit einer Nabe oder einem Element 202 verbunden oder integraler Bestandteil des Elements 202.
Der Freilauf 200 beinhaltet auch Einrückelemente 208, die radial zwischen ringförmigen Elementen 202 und 204 angeordnet sind. Das Element 208 ist nicht direkt mit dem Element 202 oder dem Element 204 verbunden. In der gezeigten Anordnung ist das Element 206 drehfest mit dem Element 202 verriegelt und dadurch drehfest fixiert oder nicht drehbar. Die Elemente 208 sind drehbar. Das Endblech 210 ist drehfest mit dem Element 202 verbunden. Gemäß einigen (nicht gezeigten) Aspekten ist axial zwischen dem Blech 210 und den Elementen 208 ein ringförmiges elastisch verformbares Element, zum Beispiel eine Membranfeder, angeordnet. Das verformbare Element steht mit der radialen Fläche der Elemente 208, zum Beispiel mit der Fläche 212, in Kontakt und übt auf die Elemente 208 einen axialen Druck aus. Dieser Druck richtet die Element 208 axial aufeinander aus und erzeugt einen Reibungskontakt mit dem Blech 206.
16 ist eine Draufsicht auf einen Querschnitt durch das Element 204 in dem in 15 gezeigten Radialfreilauf in einem Freilaufmodus.
17 ist eine Draufsicht auf einen Querschnitt durch das Element 204 in dem in 15 gezeigten Radialfreilauf 200 in einem Überbrückungsmodus. Die folgende Beschreibung ist in Verbindung mit den 15 bis 17 zu sehen. Das Blech 204 beinhaltet auf der Umfangsfläche 214 radiale Schrägen 213. Die Schrägen sind in der Richtung einem Freilaufmodus entsprechenden Richtung 216 radial nach innen geneigt. Zum Beispiel nähert sich die Fläche 214 in der Richtung 216 vom Punkt 220 zum Punkt 222 radial der Längsachse 218. Der Freilauf 200 beinhaltet auch ein Vorspannungselement 224, das mit den Elementen 208 verbunden ist. Das Vorspannungselement drückt die Einrückelemente radial nach außen. Gemäß einigen Aspekten kann für das Element 224 ein beliebiges in der Technik bekanntes Element verwendet werden, zum Beispiel eine Feder. Gemäß einigen Aspekten wird mehr als nur ein Vorspannungselement verwendet. Zum Beispiel kann ein zweites Vorspannungselement mit den Enden 225 der Elemente 208, das heißt, den in den Figuren gezeigten Vorspannungselementen radial entgegengesetzt, verbunden sein.
In 16 ist das Einrückelement 208 in der Drehrichtung 226, die einem Überbrückungsmodus entspricht, drehfest mit dem ringförmigen Element 202 verbunden, sodass die Elemente 202 und 204 drehfest miteinander verbunden sind. In der Drehrichtung 226 wird das Element 208 durch den Reibungskontakt zwischen den Elementen 206 und 208 radial versetzt. In 16 erfolgt der radiale Versatz nach innen. Insbesondere bewirkt die Reibungskopplung zwischen der Scheibe 206 und den Elementen 208, dass die Elemente über die Schrägen und die Umfangsfläche 214 gleiten. Die nach innen geneigte Umfangsfläche ist so angeordnet, dass sie die Einrückelemente radial nach innen drückt. Das heißt, die Umfangsfläche drückt die Einrückelemente und die Scheibe 202 zusammen, sodass sie drehfest verriegelt sind.
In 17 sind die ringförmigen Elemente 202 und 204 in der Drehrichtung 216, die einem Freilaufmodus des Freilaufs 200 entspricht, so angeordnet, dass sie sich unabhängig voneinander drehen. Insbesondere bewirkt die Reibungskopplung zwischen der Scheibe 206 und den Elementen 208, dass die Elemente über die Schrägen und die Umfangsfläche 214 gleiten. Somit sind das Vorspannungselement 224 und die nach innen geneigte Umfangsfläche 214 so angeordnet, dass sie die Einrückelemente radial nach außen drücken oder radial versetzen, und die Elemente 202 und 204 drehen sich unabhängig voneinander.
Zum Verriegeln der Elemente 202 und 208 beinhaltet das Element 202 Rastmerkmale 228, und das Element 208 beinhaltet Rastmerkmale 230. Die Merkmale 228 und 230 sind komplementär so gebildet, dass sie ineinander einrücken oder eingreifen. Gemäß einigen Aspekten bestehen die Merkmale 228 und 230 aus radialen Vorsprüngen und Aussparungen bzw. Aussparungen und Vorsprüngen. Zum Beispiel ragt der Vorsprung 232 vom Element 202 aus radial nach außen, und die Aussparung 234 verläuft im Element 208 radial nach außen. Aufgrund der Symmetrie der Rastmerkmale können die Elemente 202 und 208 auch so aufgefasst werden, dass sie sowohl Vorsprünge als auch Aussparungen beinhalten. Ebenso wie das Element 106 in den 8 und 9 ist das Element 206 mit einem der Elemente 202 oder 204, das Rastmerkmale beinhaltet, drehfest verbunden.
Der Freilauf 200 ist so angeordnet, dass er die Energie, zum Beispiel Geräusche, beim drehfesten Verriegeln der Elemente 202, 204 und 208 dämpft. Zum Beispiel verbraucht der Reibungskontakt zwischen den Elementen 206 und 208 Teile des durch das Element 204 übertragenen Drehmoments. Auch die beim Gleiten der Einrückelemente über die Schrägen am Element 204 erzeugte Reibung verbraucht einen Teil des Drehmoments. Das heißt, ein Teil des Drehmoments wird zum Überwinden des Reibungskontakts benötigt. Auch das Vorspannungselement 224 setzt dem Drehmoment eine Kraft entgegen. Das heißt, das Vorspannungselement drückt die Einrückelemente radial nach außen, und das Drehmoment muss diese Vorspannung überwinden.
Gemäß einigen (nicht gezeigten) Aspekten ist der Freilauf 200 in einer mit Flüssigkeit gefüllten Vorrichtung untergebracht, und die Flüssigkeit befindet sich im Freilaufmodus zwischen den Rastmerkmalen. Wenn im Überbrückungsmodus ein durch das Element 204 übertragenes Drehmoment die Rastmerkmale zusammenführt (so dass diese ineinander greifen), verdrängen die Vorsprünge die Flüssigkeit aus den Aussparungen. Durch den Verdrängungsvorgang wird vom Element 204 ein Teil des Drehmoments verbraucht. Gemäß einigen (nicht gezeigten) Aspekten ist der Freilauf 200 in einer Vorrichtung wie beispielsweise einem Stator untergebracht, dessen Seitenbleche auf einander gegenüberliegenden radialen Seiten des Freilaufs angeordnet sind. Das heißt, die Seitenbleche schließen axial den Freilauf sandwichartig ein. Die Seitenbleche enthalten die Flüssigkeit zumindest teilweise zwischen den Rastmerkmalen. Die Seitenbleche behindern das Austreten der Flüssigkeit aus den Aussparungen und erhöhen dadurch die zum Verdrängen der Flüssigkeit benötigte Energiemenge (des vom Element 204 übertragenen Drehmoments).
Gemäß einigen (nicht gezeigten) Aspekten beinhaltet der Freilauf 200 mehr als zwei Einrückelemente oder ein einziges Einrückelement.
Die folgende Beschreibung ist in Verbindung mit den 8 bis 17 zu sehen. Der Freilauf 100 dient in der folgenden Erörterung als Beispiel, jedoch sollte klar sein, dass die Erörterung im Allgemeinen für Freiläufe gemäß der vorliegenden Erfindung gilt. Wie oben erwähnt, erfordern Rollen- und Freilaufkupplungen größere axiale Längen, um die im Überbrückungsmodus auftretenden Kräfte aufzunehmen, da die kraftaufnehmenden Komponenten einen bestimmten Umfang aufweisen und die Kraft in axialer Richtung wirkt.
Beim Freilauf 100 hingegen wirkt die Kraft im Wesentlichen in einer Umfangsrichtung. Zum Beispiel wird das vom Element 104 über das Einrückelement zum Element 102 übertragene Drehmoment in erster Linie in einer Drehrichtung oder Umfangsrichtung von den Flächen 146 der Rastmerkmale 132 auf die Flächen 148 der Rastmerkmale 130 übertragen.
Außerdem wird durch den Freilauf 100 die Größe der Umfangsfläche der Elemente 102 und 108, welche das durch das Element 104 übertragene Drehmoment aufnehmen, auf vorteilhafte Weise maximal vergrößert. Wie oben erwähnt, müssen die Übertragungselemente in einem Freilauf dem durch das Drehmomentübertragungselement des Freilaufs gelieferten Drehmoment standhalten. Das heißt, die Übertragungselemente müssen eine bestimmte Größe der Kontaktfläche aufweisen. Von Vorteil ist, dass ein Freilauf gemäß der vorliegenden Erfindung in der Lage ist, die erforderliche Flächengröße im Wesentlichen in erster Linie in einer Umfangsrichtung bereitzustellen, wobei die axiale Ausdehnung nur gering ist. Somit kann die axiale Länge eines Freilaufs gemäß der vorliegenden Erfindung auf vorteilhafte Weise verringert werden.
Gemäß einigen Aspekten ist das Element 102 drehfest mit einer Drehmomentübertragungsbaugruppe oder einer Drehmomentübertragungskomponente verbunden, und das Element 104 ist nicht drehbar oder kann sich mit einer niedrigeren Drehzahl als das Element 102 drehen. In diesem Fall arbeitet der Freilauf 100 so, wie dies von einem Freilauf zu erwarten ist. Bei dieser Anordnung bleiben der radiale Versatz des Elements 106 und die drehfeste Verbindung der Elemente 102 und 108 so wie bei den 8 und 9 beschrieben. Wenn die Elemente 102 und 108 so wie in den 8 und 9 gezeigt bleiben, kehren sich jedoch die Richtungen für den Freilauf- und den Überbrückungsmodus um. Zum Beispiel ist die Richtung 120 gleich der Richtung für den Überbrückungsmodus. Damit die in den 8 und 9 gezeigten Richtungen erhalten bleiben, kann die Anordnung der Elemente 102 und 108 gewendet oder gespiegelt werden. Das heißt, das Element 108 verläuft von der Kerbe 112 aus entgegen dem Uhrzeigersinn, und die Vorsprünge 134 sind auf dem Umfang umgedreht.
Wenn das Element 202 in den 15 bis 17 drehfest mit einer Drehmomentübertragungsbaugruppe oder einem Drehmomentübertragungselement verbunden ist und das Element 204 drehbar ist oder sich mit einer niedrigeren Drehzahl drehen kann, arbeitet der Freilauf 200 ebenfalls wie erwartet als Freilauf, und die Funktion der Elemente 202, 204, 206 und 208 in Bezug auf das Einrücken bleibt genauso wie bei den 15 bis 17 beschrieben. Wenn die Elemente 204 und 208 unverändert so bleiben wie in den 15 bis 17, kehren sich jedoch die Richtungen für den Freilauf- und den Überbrückungsmodus um. Damit die in den 15 bis 17 gezeigten Richtungen erhalten bleiben, kann die Anordnung der Elemente 202 und 208 gewendet oder gespiegelt werden. Das heißt, das Element 208 verläuft entgegen dem Uhrzeigersinn geneigt, und die Schrägen 212 sind in der Richtung 216 radial nach außen geneigt.
Gemäß einigen (nicht gezeigten) Aspekten ist die in den 8 und 9 gezeigte Anordnung der Rastelemente umgekehrt. Das Element 108 ist drehfest mit dem Element 102 verbunden, und die Rastelemente befinden sich auf der Fläche 140 des Elements 108 und auf der Fläche 124 des Elements 104. Der Außenumfang des Elements 102 und der Umfang 116 sind glatt. Bei dieser Anordnung sind die Richtungen für den Freilauf- und den Überbrückungsmodus umgekehrt. In der Richtung 120 (diesmal für den Überbrückungsmodus) wird das Element 108 durch den Reibungskontakt radial nach außen versetzt und greift in das Rastmerkmal ein. In der Richtung 128 wird das Element 108 durch den Reibungskontakt radial nach innen versetzt, so dass sich die Elemente unabhängig voneinander drehen können. Die obige Erörterung kann auch auf Aspekte angewendet werden, bei denen das Element 102 drehfest mit einer Drehmomentübertragungsbaugruppe oder einer Drehmomentübertragungskomponente verbunden ist.
Gemäß einigen (nicht gezeigten) Aspekten ist die Anordnung der in den 15 bis 17 gezeigten Rastelemente umgekehrt. Zum Beispiel befindet sich die Fläche 214 in einem gleichmäßigen radialen Abstand von der Achse 218 auf und weist Rastmerkmale auf, und die Fläche 236 weist komplementäre Rastmerkmale auf. Die Schrägen sind am Außenumfang 238 des Elements 202 gebildet, und die Innenkanten 240 der Elemente 208 sind geglättet, damit sie in die Schrägen eingreifen. Bei dieser Anordnung sind die Richtungen für den Freilauf- und den Überbrückungsmodus umgekehrt. Die obige Erörterung kann auch auf Aspekte angewendet werden, bei denen das Element 202 drehfest mit einer Drehmomentübertragungsbaugruppe oder einer Drehmomentübertragungskomponente verbunden ist.
Die Komponenten in einem Freilauf gemäß der vorliegenden Erfindung können durch Stanzen gebildet werden. Zum Beispiel können die Elemente 202, 204, 206, 208 und 210 im Freilauf 200 gestanzt werden. Es sollte klar sein, dass ein Freilauf gemäß der vorliegenden Erfindung jede beliebige Kombination aus gestanzten und nicht gestanzten Komponenten beinhalten kann.
18 ist eine Draufsicht auf einen Querschnitt des Radialfreilaufs 300 gemäß der vorliegenden Erfindung in einem Stator 301 für einen Drehmomentwandler.
19 ist eine Teilquerschnittsansicht des in 18 gezeigten Freilaufs entlang der Schnittlinie 19-19 in 18.
20 ist eine Teilquerschnittsansicht des in 18 gezeigten Freilaufs 300 entlang der Schnittlinie 20-20 in 18. Die folgende Beschreibung ist in Verbindung mit den 18 bis 20 zu sehen. Im Allgemeinen können die Erörterungen zu den 15 bis 17 für den Freilauf 200 auf den Freilauf 300 angewendet werden. Der Freilauf 300 beinhaltet die Elemente 302, 304, 306, 308 und 310, die den Elementen 202, 204, 206, 208 bzw. 210 in den 8 und 9 im Wesentlichen ähnlich sind. Die 18 bis 20 zeigen ein Beispiel für einen Freilauf gemäß der vorliegenden Erfindung in einer bestimmten Kraftfahrzeugvorrichtung, in diesem Fall im Stator 302. Das Element 304 ist drehfest mit den Schaufeln 312 im Stator verbunden und überträgt ein Drehmoment von den Schaufeln. Das Element 314 ist eine Nabe des Stators und ist drehfest mit einer (nicht gezeigten) Statorwelle verbunden, die typischerweise nicht drehbar ist. Es sollte klar sein, dass ein Freilauf gemäß der vorliegenden Erfindung nicht auf die Verwendung zusammen mit einem Stator beschränkt ist, der die in den Figuren gezeigte Anordnung aufweist. Ferner sollte klar sein, das ein Freilauf gemäß der vorliegenden Erfindung nicht nur auf die Verwendung zusammen mit einem Stator beschränkt ist und dass die Verwendung eines Freilaufs gemäß der vorliegenden Erfindung in einer beliebigen Kraftfahrzeugvorrichtung oder -komponente, zum Beispiel in einem Getriebe, in Geist und Geltungsbereich der beanspruchten Erfindung enthalten ist.
Somit ist zu erkennen, dass die Aufgaben der vorliegenden Erfindung wirksam gelöst werden, obwohl sich der Fachmann Modifikationen und Änderungen der Erfindung vorstellen kann, die in Geist und Geltungsbereich der beanspruchten Erfindung enthalten sind. Ferner ist klar, dass die obige Beschreibung zur Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung dient und nicht als Einschränkung zu verstehen ist. Deshalb sind andere Ausführungsarten möglich, ohne von Geist und Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Claims

Radialfreilauf für eine Kraftfahrzeugvorrichtung, die Folgendes umfasst: ein erstes ringförmiges Element; ein zweites ringförmiges Element, das drehfest mit einem Drehmomentübertragungselement in der Kraftfahrzeugvorrichtung verbunden ist; mindestens ein Einrückelement, das radial zwischen dem ersten und dem zweiten ringförmigen Element angeordnet ist und mindestens ein erstes Rastmerkmal aufweist; und ein ringförmiges Reibungselement, das durch Reibung mit dem mindestens einen Einrückelement gekoppelt ist, wobei von dem ersten und dem zweiten ringförmigen Element ein erstes Element ferner mindestens ein zweites Rastmerkmal umfasst und drehfest mit dem ringförmigen Reibungselement verriegelt ist, wobei das Reibungselement in einer ersten Drehrichtung so angeordnet ist, dass es das mindestens eine Einrückelement radial so versetzt, dass das erste und das zweite Rastmerkmal ineinander greifen, um das erste und das zweite ringförmige Element drehfest miteinander zu verbinden, wobei das Reibungselement in einer zweiten Drehrichtung so angeordnet ist, dass es das mindestens eine Einrückelement radial so versetzt, dass sich das erste und das zweite ringförmige Element unabhängig voneinander drehen können.
Freilauf nach Anspruch 1, bei dem der Reibungskontakt in der ersten Richtung so angeordnet ist, dass er das mindestens eine Einrückelement radial nach innen drückt, und bei dem der Reibungskontakt in der zweiten Richtung so angeordnet ist, dass er das mindestens eine Einrückelement radial nach außen drückt.
Freilauf nach Anspruch 1, bei dem der Reibungskontakt in der ersten Richtung so angeordnet ist, dass er das mindestens eine Einrückelement radial nach außen drückt, und bei dem der Reibungskontakt in der zweiten Richtung so angeordnet ist, dass er das mindestens eine Einrückelement radial nach innen drückt.
Freilauf nach Anspruch 1, bei dem das zweite Element so angeordnet ist, dass es eine Kraft in der ersten Richtung überträgt, und bei dem der Reibungskontakt so angeordnet ist, dass er zumindest einen Teil der Kraft verbraucht.
Freilauf nach Anspruch 1, bei dem mindestens ein Einrückelement eine Fläche mit einer Umfangsdimension und einer axialen Dimension umfasst, die so angeordnet ist, dass sie mit dem ersten oder dem zweiten ringförmigen Element gekoppelt wird, und bei dem die Umfangsdimension größer als die axiale Dimension ist.
Freilauf nach Anspruch 1, bei dem das zweite Rastmerkmal komplementär zum ersten Rastmerkmal gebildet ist und bei dem das mindestens eine erste und zweite Rastmerkmal in der ersten Drehrichtung so angeordnet sind, dass sie ineinander greifen, um das erste Element aus dem ersten und dem zweiten ringförmigen Element und das mindestens eine Einrückelement drehfest miteinander zu verriegeln.
Freilauf nach Anspruch 6, bei dem das mindestens eine Rastmerkmal und zweite Rastmerkmal in der zweiten Richtung keinen Kontakt zueinander haben.
Freilauf nach Anspruch 6, bei dem das erste Rastmerkmal ferner einen radialen Vorsprung oder eine radiale Aussparung umfasst und das zweite Rastmerkmal ferner das Gegenstück zu dem radialen Vorsprung oder der radialen Aussparung umfasst.
Freilauf nach Anspruch 6, bei dem die Vorrichtung ferner eine Flüssigkeit zwischen dem mindestens einen ersten und zweiten Rastmerkmal umfasst und eines aus dem ersten und zweiten Rastmerkmal so angeordnet ist, dass es die Flüssigkeit verdrängt.
Freilauf nach Anspruch 9, bei dem das zweite ringförmige Element so angeordnet ist, dass es eine Kraft in der ersten Richtung überträgt, und die Verdrängung der Flüssigkeit so angeordnet ist, dass sie zumindest einen Teil der Kraft verbraucht.
Freilauf nach Anspruch 9, der ferner ein erstes und ein zweites Seitenblech umfasst, die radial zu beiden Seiten des Einrückelements so angeordnet sind, dass sie zumindest teilweise die Flüssigkeit zwischen dem einen ersten und zweiten Rastmerkmal beinhalten.
Freilauf nach Anspruch 1, bei dem von dem ersten und zweiten ringförmigen Element ein zweites ferner mindestens eine Umfangsfläche umfasst, die in der zweiten Richtung radial nach innen geneigt ist, wobei die Reibungswirkung in der ersten Richtung bewirkt, dass das mindestens eine Einrückelement über die Umfangsfläche gleitet, und die Umfangsfläche so angeordnet ist, dass sie das mindestens eine Einrückelement radial in Richtung des mindestens einen ersten Rastmerkmals drückt.
Freilauf nach Anspruch 12, bei dem die Umfangsfläche so angeordnet ist, dass sie das mindestens eine Einrückelement drehfest mit dem ersten aus dem ersten und zweiten ringförmigen Element verbindet, um das erste und zweite ringförmige Element drehfest miteinander zu verbinden.
Freilauf nach Anspruch 12, der ferner ein Vorspannungselement umfasst, das mit dem mindestens einen Einrückelement verbunden ist und das mindestens eine Einrückelement radial vom ersten Rastmerkmal wegdrückt.
Freilauf nach Anspruch 12, bei dem das mindestens eine Einrückelement in der zweiten Richtung so angeordnet ist, dass es über die Umfangsfläche gleitet, um aus dem einen Element des ersten und zweiten ringförmigen Elements auszurücken.
Freilauf nach Anspruch 1, bei dem das zweite ringförmige Element so angeordnet ist, dass es eine Kraft in der ersten Richtung überträgt, und das mindestens eine Einrückelement elastisch verformbar ist, um zumindest einen Teil der Kraft zu verbrauchen.
Freilauf nach Anspruch 1, bei dem das zweite ringförmige Element so angeordnet ist, dass es eine Kraft in der ersten Richtung überträgt, bei dem das mindestens eine Einrückelement ferner ein erstes und ein zweites Einrückelement umfasst, die durch das mindestens eine elastisch verformbare Element miteinander verbunden sind, und bei dem das mindestens eine elastisch verformbare Element so angeordnet sind, dass es zumindest einen Teil der Kraft verbraucht.
Freilauf nach Anspruch 17, der ferner ein ringförmiges elastisch verformbares Element umfasst, das sich in Kontakt mit dem ersten und dem zweiten Einrückelement befindet und einen axialen Druck auf das erste und das zweite Einrückelement ausübt.
Freilauf nach Anspruch 1, bei dem das zweite Element so angeordnet ist, dass es eine Kraft in der ersten Drehrichtung überträgt, und bei dem das zweite Element so angeordnet ist, dass es die Kraft im Wesentlichen in einer Umfangsrichtung zu dem mindestens einen Einrückelement überträgt.
Freilauf nach Anspruch 1, bei dem das mindestens eine Einrückelement drehfest mit dem zweiten ringförmigen Element verbunden ist.
Freilauf nach Anspruch 1, bei dem das erste ringförmige Element nicht drehbar ist.
Freilauf nach Anspruch 1, bei dem das erste ringförmige Element drehbar ist.
Radialfreilauf in einem Stator für einen Drehmomentwandler, wobei der Freilauf Folgendes umfasst: eine Nabe für den Stator, wobei die Nabe mindestens einen radialen Vorsprung beinhaltet; ein ringförmiges Element, das drehfest mit den Schaufeln des Stators verbunden ist; ein ringförmiges Reibungselement, das drehfest mit der Nabe verriegelt ist; und mindestens ein elastisch verformbares Einrückelement, das radial zwischen der Nabe und dem ringförmigen Element angeordnet, drehfest mit dem ringförmigen Element verbunden, durch Reibung mit dem Reibungselement gekoppelt ist und mindestens eine radiale Aussparung aufweist, wobei durch die Reibungswirkung in der ersten Drehrichtung das mindestens eine Einrückelement radial nach innen gedrückt wird, sodass der mindestens eine radiale Vorsprung und die mindestens eine radiale Aussparung ineinander greifen, um die Nabe und das ringförmige Element drehfest miteinander zu verriegeln, wobei durch die Reibungswirkung in einer zweiten Drehrichtung das mindestens eine Einrückelement radial nach außen gedrückt wird, sodass sich die Nabe und das ringförmige Element unabhängig voneinander drehen können.
Radialfreilauf in einem Stator für einen Drehmomentwandler, wobei der Freilauf Folgendes umfasst: eine Nabe für den Stator, wobei die Nabe mindestens eine radiale Aussparung aufweist; ein ringförmiges Element, das drehfest mit den Schaufeln des Stators verbunden ist und mindestens eine Umfangsfläche aufweist, die in einer ersten Drehrichtung nach außen geneigt ist; ein ringförmiges Reibungselement, das drehfest mit der Nabe verbunden ist; mindestens ein Einrückelement mit mindestens einem radialen Vorsprung, wobei das mindestens eine Einrückelement radial zwischen der Nabe und dem ringförmigen Element angeordnet und durch Reibung mit dem Reibungselement gekoppelt ist; und mindestens ein Vorspannungselement, welches das mindestens eine Einrückelement radial nach außen drückt, wobei durch die Reibungswirkung in der ersten Richtung das mindestens eine Einrückelement über die Umfangsfläche geschoben wird und die Umfangsfläche so angeordnet ist, dass sie das mindestens eine Einrückelement radial nach innen drückt, damit der mindestens eine radiale Vorsprung und die mindestens eine radiale Aussparung ineinander greifen und die Nabe und das ringförmige Element drehfest miteinander verriegeln, und wobei durch die Reibungswirkung in einer zweiten Richtung das mindestens eine Einrückelement über die Umfangsfläche geschoben wird, damit das mindestens eine Einrückelement radial nach außen versetzt wird und sich die Nabe und das ringförmige Element unabhängig voneinander drehen können.
Radialfreilauf für eine Kraftfahrzeugvorrichtung, wobei der Freilauf Folgendes umfasst: ein erstes ringförmiges Element; ein zweites ringförmiges Element, das drehfest mit einem Drehmomentübertragungselement in der Kraftfahrzeugvorrichtung verbunden ist; mindestens ein Einrückelement, das radial zwischen dem ersten und dem zweiten ringförmigen Element angeordnet ist und mindestens ein erstes Rastmerkmal aufweist; ein ringförmiges Reibungselement, das durch Reibung mit dem mindestens einen Einrückelement gekoppelt ist, wobei ein erstes Element aus dem ersten und zweiten ringförmigen Element ferner mindestens ein zweites Rastmerkmal umfasst und drehfest mit dem ringförmigen Reibungselement verriegelt ist, wobei durch die Reibungswirkung in einer ersten Drehrichtung das mindestens eine Einrückelement radial so versetzt wird, dass es eine drehfeste Verbindung mit dem ersten und zweiten ringförmigen Element eingeht, um ein Drehmoment vom zweiten Element im Wesentlichen in einer Umfangsrichtung zu dem mindestens einen Einrückelement zu übertragen, und wobei durch die Reibungswirkung in einer zweiten Drehrichtung das mindestens eine Einrückelement radial so versetzt wird, dass sich das erste und das zweite ringförmige Element unabhängig voneinander drehen.